《钢结构事故分析与处理》教案

钢结构事故分析与处理第一章绪论§1.1钢结构事故分析的重要性建筑：是指建筑物与构筑物的总称建筑物：为了满足社会的需要，利用所撑握的物质技术手段，在科学规律和美学的支配下通过对空间的限定，组织而创造的一种人为的社会生活环境。钢结构事故体现出的两个问题：一.已建钢结构由于先天性缺陷的存在，潜在着事故的危险性；二。面对未来大规模钢结构建筑的兴建，若不解决好设计，施工和使用等一些列现存的问题，钢结构事故发生的概率必将大大增加。§1.2事故的定义1.2.1建筑物的分类事故：意外的特别有害的事情或是违背或超越人们的医院并产生损害的不幸事件§1.3事故的分类就钢结构而言，事故的分类方法有以下四种方式：1..按事故发生时间分类（1）施工期（2）使用期2.按事故性质分类（1）倒塌事故。建筑物整体或局部倒塌（2）开裂事故。承重结构或维护结构等出现裂纹。（3）错位事故。建筑物上浮下沉，平面位置错误；地基及结构构件尺寸，位置偏差过大以及预埋件，预留洞等错位偏差事故。（4）变形事故。建筑物倾斜，扭曲或过大变形等事故。（5）材料，半成品，构件不合格事故。（6）承载能力不足事故。主要指因承载力不足而留下的隐患性事故，地基，构件和结构都可能出现。（7）建筑功能事故。指房屋漏雨，渗水，隔热，隔声功能不良等。（8）其他事故。塌方，滑坡，火灾，天灾等。3..按事故原因分类（1）自然事故。（2）人为事故4.按事故后果分类（1）一般事故（2）重大事故§1.4事故的一般原因分析1.4.1建造阶段事故原因1..设计阶段(1)结构选型及设计方案不合理；(2)计算简图不当，结构计算错误；(3)荷载取值与实际受力情况不符；(4)材料选用不妥，不能满足工程需求；（5）节点构造不合理，造成致命缺憾(6)对施工阶段的特点和使用阶段的特殊要求欠考虑。2．制作阶段(1)不按图纸要求制作，任意修改施工图；(2)制作尺寸偏差过大；（3）制作工艺不良，设备落后；（4）缺少熟练的技术工人和高素质的管理人员；(5)不能严格遵守施工及验收规范和操作规程的相关规定；(6)不按照有关标准规范检查验收；(7)存在偷工减料行为3．安装阶段(1)安装顺序及工艺不当，甚至错误；（2）吊装，定位，校正方法不正确；（3）临时支撑刚度不足，安装中的稳定性差；(4)现场焊接及螺栓施工质量达不到设计要求；(5)防火及防腐做法不达标；(6)存在偷工减料行为。1.4.2正常使用阶段的事故原因(1)使用不当引发过大的地基下沉；(2)超载使用；(3)任意开洞、局部改造削弱了构件截面和结构整体性；(4)生产条件改变，但未进行必要的鉴定与加固；(5)生产操作不当，造成构件或结构损坏但未及时修复1.4.3老化阶段的事故原因建筑物和人一样，历经几十年风雨沧桑，疾病缠身，甚至患上顽症，病入膏肓。钢结构工程在以上各种缺陷和隐患的累积损伤下，其寿命将受到严重威胁，该阶段钢结构事故出现的可能性较大，究其原因，可归为“老年病”或耐久性问题。为避免该阶段事故发生，应大力开展钢结构残余可靠度理论以及鉴定与加固的研究工作。§1.5事故的一半处理程序1.5.1(1)处理目的应十分明确。(2)事故情况清楚。(3)事故性质明确。(4)事故原因分析准确、全面。(5)事故处理所需资料应齐全。1.5.2事故处理通常应达到四项要求：(1)安全可靠、不留隐患：(2)满足使用或生产要求；(3)经济合理；(4)施工简便、安全1.5.3(1)申报和委托(2)成立鉴定小组(3)事故调查(4)事故原因分析(5)结构可靠性鉴定(6)事故调查报告(7)处理前复查(8)处理方案(9)处理设汁(10)施工方案(11)施工检查验收§1.6钢结构事故的防范措施通常可以从工程技术、教育及管理一个方面采取预防措施。1．工程技术措施2．教育措施3．管理措施§1.7钢结构失败学的提出钢结构失败学研究的内容十分广泛，主要包括以下七个方面：(1)事故的分类判定(2)事故的检测；(3)事故的原因分析；(4)事故的处理程序；(5)事故的处理方法；(6)事故后的反思；(7)事故的监控预防。第二章钢结构的缺陷分析§2.1缺陷的概念“缺陷”一词，在现代汉语词典中解释为“残损、欠缺或不够完备的地方”。在建筑工程中，缺陷是指由于人为的(勘察、设计、施工、使用)或自然的(地质、气候)原因，致使建筑物出现影响正常使用以及承载力、耐久性、整体稳定性的种种不足的统称。按照严重程度，缺陷通常分为三类：(1)轻微缺陷(2)使用缺陷(3)危及承载力缺陷§2.2钢结构缺陷的类型及原因2.2.1钢材的先天性缺陷1．化学成分缺陷2．冶炼及轧制缺陷2.2.2钢结构的加工制作缺陷仔细分析上述工艺，归纳起来，钢结构加工制作可能出现的缺陷如下：(1)选材不合格；(1)原材料矫正引起冷作硬化；(2)放样、号料尺寸超公差；(3)切割边未加工或达不到要求；(4)孔径误差；(5)冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹；(6)构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹；(7)构件热加工引起的残余应力；(8)表面清洗防锈不合格；(9)钢构件外型尺寸超公差。2.2.3钢结构的链接缺陷铆接工艺带来的缺陷归纳如下：(1)铆钉本身不合格；(2)铆钉孔引起构件截面削弱；(3)铆钉松动，铆合质量差；(4)铆合温度过高，引起局部钢材硬化；(5)板件之间紧密度不够。螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有：(1)螺栓孔引起构件截面削弱；(2)普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动；(3)高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形；(4)螺栓及附件钢材质量不合格；(5)孔径及孔位偏差(6)摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达不到要求。焊接也可能带来以下缺陷：1．焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采用的是焊丝和焊剂。实际工程中通常容易出现三个问题：一是焊接材料本身质量有问题；二是焊接材料与母材不匹配；三是不注意焊接材料的烘焙工作。2．焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，使钢材硬化、变脆和开裂。3．因焊接产生较大的焊接残余变形。4．因焊接产生严重的残余应力或应力集中。5．焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等等。详述如下：§2.3钢结构缺陷的检测方法2.3.1钢材化学成分缺陷的检测钢材化学成分缺陷的检测其实就是化学成分的化验问题。目前可采用的检测方法和手段有很多，例如，质谱仪、色谱仪、光谱仪、核磁共振等。试验方法，通常用直径为6mm的钻头，从焊缝中钻取试样。常规分析需试样50～60g2.3.2钢材冶金及轧制缺陷的检测如表2．2所述，钢材常见的冶金和轧制缺陷有18种之多。通常采用宏观检查、机械法以及超声波探伤相结合进行检测。例如气泡的检测，首先是宏观检查确定部位，然后用手锤敲打凸包处．如听有声响便是气泡。2.3.3构件加工制作缺陷的检测钢构件加工制作缺陷主要是各工序造成的尺寸超公差，因此可采用肉眼和普通的量测工具对构件进行检查。通常检测的子项如下：(1)构件的外观检查。(2)构件制作允许偏差检查。(3)构件制孔的允许偏差检查。(4)构件螺栓孔距的允许偏差检查。(5)构件端部铣平的允许偏差检查。(6)磨光顶紧的构件组装面检查。(7)构件的裂缝检查2.3.4钢结构连接缺陷的检测1．铆钉连接缺陷检测2．螺栓连接缺陷检测3．焊接连接缺陷检测第三章钢结构的材料事故3.1钢材的力学性能钢材有以下主要理学性能指标：强度塑性冷弯性能韧性3.2钢材性能的主要影响因素1．化学成分的影响2．冶金和轧制的影响3．钢材的樱花4．温度的影响5．应力集中的影响3.3材料事故的类型及产生原因钢结构材料事故的产生原因如下：。1．钢材质量不合格；2．铆钉质量不合格；3．螺栓质量不合格；4．焊接材料质量不合格；5．设计时选材不合理；6．制作时工艺参数不合理，钢材与焊接材料不匹配；7．安装时管理混乱，导致材料混用或随意替代。3.4材料事故的处理方法1．认真复检钢材及连接材料的各项指标，以确认事故原因。2．如果构件裂缝的确是材料本身的原因，通常应采用“加固或更换构件”的处理方法。3．构件钢板夹层缺陷的处理。4．焊缝裂纹处理。第四章钢结构的变形事故4.1钢结构变形类型钢结构的变形可分为总体变形和局部变形两类。总体变形是指整个结构的外形和尺寸发生变化，出现弯曲、畸变和扭曲等。局部变形是指结构构件在局部区域内出现变形。4.2钢结构的变形原因1．钢材的初始变形2．加工制作中的变形3．运输及安装过程中产生的变形4．使用过程中产生的变形4.3钢结构的处理方法4.3.1变形事故处理原则(1)碳素结构钢在环境温度低于-16℃，低合金结构钢在环境温度低于不得进行冷矫正。(2)碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热温度应根据钢材性能选定，但不得超过900℃(3)当构件变形不大时，可采用冷加工矫正和热加工矫正；当变形较大又很难校正时，应采用加固或调换新件进行修复。4.3.2变形事故处理方法1．冷加工法矫正变形1)手工矫正2）机器矫正2．热加工法矫正变形人加工法我国目前采用乙炔气和氧气混合燃烧火焰为热源，对变形结构构件加热，使其产生新的变形，来抵消原有的变形。4.4典型事故实例分析第五章钢结构的脆性断裂事故5.1脆性断裂概念钢结构是由钢材组成的承重结构，虽然钢材是一种弹塑性材料，尤其是低碳钢表现出良好的塑性，但在一定的条件下，由于各种因素的复合影响，钢结构也会发生脆性断裂，而且往往在拉直力状态下发生。脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力(低于钢材屈服强度或抗拉强度)情况下发生的突然断裂破坏。钢结构的脆性断裂通常具有以下特征：(1)破坏时的应力常小于钢材的屈服强度，有时仅为的0．2倍。(2)破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生，无事故先兆。(3)断口平齐光亮。脆性破坏是钢结构极限状态中最危险的破坏形式。由于脆性断裂的突发性，往往会导致灾难性后果。因此，作为钢结构专业技术人员，应该高度重视脆性破坏的严重性并加以防范5.2脆性断裂的原因分析1．材料缺陷2．应力集中3．使用环境4．钢板厚度5.3脆性断裂的机理分析目前，断裂力学已成功地用于球罐和氧气瓶等高压容器的断裂安全设计，尚未直接用于建筑结构。但断裂力学在分析脆断破坏机理方面的一些重要概念值得钢结构专业人员借鉴。比如：微小裂纹是断裂的发源地，裂纹尺寸、裂纹应力场作用状况和水平以及钢材的断裂韧性是脆断的主因等等。5.4脆性断裂的防治措施1）合理选择材料2）合理设计3）合理制作和安装4）合理使用及维修措施第六章钢结构的疲劳破坏事故6.1疲劳破坏的概念疲劳破坏与静力强度破坏是截然不同的两个概念。它与塑性破坏、脆性破坏相比，具有以下特点：(1)疲劳破坏是钢结构在反复交变动载作用下的破坏形式，而塑性破坏和脆性破坏是钢结构在静载作用下的破坏形式。(2)疲劳破坏虽然具有脆性破坏特征，但不完全相同。疲劳破坏经历了裂缝起始、扩展和断裂的漫长过程，而脆性破坏往往是无任何先兆的情况下瞬间突然发生。(3)就疲劳破坏断口而言，一般分为疲劳区和瞬断区。疲劳区记载了裂缝扩展和断裂的过程，颜色发暗，表面有较清楚的疲劳纹理，呈沙滩状或波纹状。瞬断区真实反映了当构件截面因裂缝扩展削弱到一临界尺寸时脆性断裂的特点，瞬断区晶粒粗亮。6.2疲劳破坏的影响因素分析疲劳是一个十分复杂的过程，从微观到宏观，疲劳破坏受到众多因素的影响，尤其是对材料和构件静力强度影响很小的因素，对疲劳影响却非常显著，例如构件的表面缺陷、应力集中等6.3提高和改善疲劳性能的措施由疲劳性能的三个影响因素来看，应力幅△及循环次数N是客观存在的事实，因此，提高和改善疲劳性能的途径只有从减小应力集中人手。具体措施如下：1．精心选材。2．精心设计。3．精心制作。4．精心施工。5．精心使用。6．修补焊缝6.4疲劳设计准则1．无限寿命设计2．有限寿命设计3．破损安全设计4．损伤容限设计第七章钢结构的失稳事故7.1失稳概念失稳也称为屈曲，是指钢结构或构件丧失了整体稳定性或局部稳定性，属承载力极限状态的范围。由于钢结构强度高，用它制成的构件比较细长，截面相对较小，组成构件的板件宽而薄，因而在荷载作用下容易失稳成为钢结构最突出的一个特点。因此在钢结构设计中稳定性比强度更为重要，它往往对承载力起控制作用。7.2失稳的类型及特点钢结构失稳可分为整体失稳和局部失稳。但就性质而言，又可分为以下三类。平衡分岔失稳极值点失稳跃越失稳7.3失稳破坏的原因分析稳定问题是钢结构最突出的问题，长期以来．许多工程技术人员对强度概念认识清晰，对稳定概念认识淡薄，并且存在强度重于稳定的错误思想。因此，在大量的接连不断的钢结构失稳事故中付出了血的代价，得到了严重的教训。钢结构的失稳事故分为整体失稳事故和局部失稳事故两大类，其各自产生的原因如下：7.3.1整体失稳事故原因分析1．设计错误2．制作缺陷3．临时支撑不足4．使用不当7.3.2局部失稳事故原因分析1．设计错误2．构造不当3．原始缺陷4，吊点位置不合理7.4失稳事故的处理与防范1．设计人员应强化稳定设计理念防止钢结构失稳事故的发生，设计人员肩负着最重要的职责。强化稳定设计理念十分必要。(1)结构的整体布置必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，尤其是支撑体系的布置。(2)结构稳定计算方法的前提假定必须符合实际受力情况，尤其是支座约的影响。(3)构件的稳定计算与细部构造的稳定计算必须配合，尤其要有强节点的概念。(4)强度问题通常采用一阶分析，而稳定问题原则上应采用二阶分析。(5)叠加原理适用于强度问题，不适用于稳定问题。(6)处理稳定问题应有整体观点，应考虑整体稳定和局部稳定的相关影响2．制作单位应力求减少缺陷在常见的众多缺陷中，初弯曲、初偏心、残余应力对稳定承载力影响最大，因此，制作单位应通过合理的工艺和质量控制措施将缺陷减低到最小程度。3．施工单位应确保安装过程中的安全施工单位只有制定科学的施工组织设计，采用合理的吊装方案，精心布置临时支撑，才能防止钢结构安装过程中失稳，确保结构安全。4．使用单位应正常使用钢结构建筑物一方面，使用单位要注意对已建钢结构的定期检查和维护；另一方面，当需要进行工艺流程和使用功能改造时，必须与设计单位或有关专业人士协商，不得擅自增加负荷或改变构件受力。总之，通过各方的共同努力，钢结构失稳事故可以从根本上得到解决。第八章钢结构的锈蚀事故8.1锈蚀的类型1）化学腐蚀2）电化学腐蚀8.2腐蚀的机理及影响因素8.2.1电化学腐蚀的机理钢材的电化学腐蚀是最重要的腐蚀类型，简单来讲是指铁与周围介质之间发生氧化还原反映的过程。8.2.2不同环境下的腐蚀机理及因素分析1）大气腐蚀2）影响因素1．湿度2．降水量3．温度4．日照量5．大气污染物质3）防治措施1．采用耐蚀钢材2．使用涂层和金属镀层保护3．降低大气湿度8.3钢结构锈蚀处理及防腐方法8.3.1新建钢结构防锈新建钢结构应根据使用性质、环境介质等制定防锈方法，一般有涂料敷盖法和金属敷盖法。涂料敷盖法，即在钢材表面敷盖一层涂料，使之与大气隔绝，以防锈蚀。主要施工工艺有：表面除锈、涂底漆、涂面漆。金属敷盖法，即在钢材表面上镀上一层其他金属。所镀的金属可使钢材与其他介质隔绝，也可能是镀层金属的电极电位更低于铁，起到牺性阳极(镀层金属)保护阴极(铁)的作用。8.3.2原有钢结构锈蚀处理一、锈蚀程度的分级和检查l.锈蚀程度分级为鉴定锈蚀损坏程度，一般可分为五级：A级——良好。构件基本没有锈蚀，涂层漆膜还有光泽；个别构件可有少量锈点。B级——局部锈蚀。构件基本没有锈蚀，面漆有局部脱落，底漆完好；个别构件有少量锈点，或构件边缘、死角、缝隙、隐蔽部分有锈蚀。c级——较严重。构件局部锈蚀，面漆脱落面积达20％左右，底漆也有局部锈透，其基本金属完好，应进行维护准备工作。D级——严重。构件锈蚀面积达40％左右，面漆大片脱落，但基本金属没有破坏，应立即进行维护工作。E级——特别严重。基本金属已有锈蚀，应立即测量构件断面削弱程度，计算是否需要更换或采取加固等措施。2．重点检查部位根据腐蚀理论及实际经验，除一般检查外，下列构件或部位应严格检查。(1)埋入地下的地面附近部位。(2)可能存积水或遭受水蒸汽侵蚀部位。(3)干湿交替构件。(4)易积灰且湿度大的构件。(5)组合截面净空小于12mm，难以涂刷油漆的部位。(6)屋盖结构、柱与屋架节点、吊车梁与柱节点、钢悬索节点部位第九章钢结构的火灾事故9.1火灾对钢结构的危害火灾是一种失去控制的燃烧过程，火灾可分为“大自然火灾”和“建筑物火灾”两大类。所谓大自然火灾是指在森林、草场等自然区发生的火灾，而建筑物火灾是指发生于各种人为建造的物体之中的火灾。事实证明，建筑火灾发生的次数最多、损失最大，约占全部火灾的80％左右。据不完全统计，1980年美国发生火灾300万起，造成直接经济损失62．5亿美元；1989年到1991年三年间，美国因火灾造成的直接经济损失分别为92亿美元、82亿美元和100亿美元，日本为4500亿日元、5200亿日元和7900亿日元。我国20世纪50年代、60年代、70年代、80年代年平均火灾直接经济损失为0．5亿元、1．5亿元、2．5亿元、3．2亿元，进入20世纪90年代至今，火灾损失日趋严重。钢结构作为一种蓬勃发展的结构体系，其优点有目共睹，但缺点也不容忽视。除耐腐蚀性差外，耐火性差是钢结构的又一大缺点。因此一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。例如，1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋顶被烧塌；1970年美国50层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼盖钢梁被烧扭曲10cm(1)1993年福建泉州的一座钢结构冷库发生火灾，造成3600m2的库房倒塌。(2)1996年江苏省昆山市的一座轻钢结构厂房发生火灾，4320m2的厂房倒塌。(3)1998年北京某家具城发生火灾，造成该建筑(钢结构)整体倒塌。(4)某歌舞厅平面尺寸为14m×30m，长向北面为数个小包间、无窗，南面为大歌厅、有窗，屋盖为正放四角锥网架，2m×2m网格，网架高度为lm，焊接空心球节点，钢筋混凝土屋面板，无吊顶。1996年6月，一小包间起火，火势迅速蔓延，火焰由南面的窗子走出，从起火到灭火约1h，温度估计到500~C以上。火灾后该网架虽未倒塌，但有70根杆件发生了不同程度的变形。变形的杆件多集中在网架的四角和中间部位，最严重的是在东北角、西北角和中间部位。最大变形的矢高为12cm(一腹杆)，其他的矢高为3。5cm；中部下弦杆变形有的向下，有的向上，还有呈S形的。上弦杆为单槽钢，有9根杆件变形。有2根斜腹杆与焊接空心球的连接焊缝被拉开1cm。现已对70根变形杆件采用了换杆、包杆和加杆(对上弦)的方法进行了处理。(5)1984年6月，某体育馆在施工过程中发生了火灾，屋盖为66m×90m八边形的两向正交正放网架，火灾范围仅在长跨端头的两个开间，火烧时间约2h，最高温度达700~800℃(6)1995年某跨度为47m单层球面网壳，在工程将竣工交付使用时，由于焊工在补焊一零件时，引起网壳上已涂刷好的油漆着火。火焰从网壳底部向四周蔓延到半个壳体，由于温度不很高，灭火及时，未造成网壳损害。(7)某体育馆于1993年11月发生了火灾，大火持续了lh，屋盖网架由于喷涂了防火涂料，网架未发生变形。9.2钢结构在火灾中的失效分析当发生火灾后，热空气向构件传热主要是辐射、对流，而钢构件内部传热是热传导。随着温度的不断升高，钢材的热物理特性和力学性能发生变化，钢结构的承载能力下降。火灾下钢结构的最终失效是由于构件屈服或屈曲造成的。9.3钢结构的防火方法钢结构由于耐火性能差，因此为了确保钢结构达到规定的耐火极限要求，必须采取防火保护措施。通常不加保护的钢构件的耐火极限仅为10～20min。9.3.1钢构件的耐火极限的确定1．耐火极限的概念就钢结构整体的耐火极限而言，定义为：建筑确定的区域发生火灾，受火灾影响的有关结构构件在标准升温条件下，使整体结构失去稳定性所用的时间，以小时(h)计。钢构件的耐火极限定义为：钢构件受标准升温火灾条件下，失去稳定性、完整性或绝热性所用的时间，一般以小时(h)计。失去稳定性是指结构构件在火灾中丧失承载能力，或达到不适宜继续承载的变形。对于梁和板，不适于继续承载的变形定义为最大挠度超过L／20，其中三为试件的计算跨度。对于柱，不适于继续承载的变形可定义为柱的轴向压缩变形，速度超过3h(mm／min)，其中h为柱的受火高度，单位以mm计。失去完整性是指分隔构件(如楼板、门窗、隔墙等)一面受火时，构件出现穿透裂缝或穿火孔隙，使火焰能穿过构件，造成背火面可燃物起火燃烧。失去绝热性是指分隔构件一面受火时，背火面温度达到220℃9.4钢结构防火涂料的相关知识防火涂料的防火机理已被国内有关专家确认，归纳为如下几点：(1)防火涂料本身具有难燃或不燃性，使被保护的可燃性基材不直接与空气接触，从而延迟基材着火燃烧。(2)防火涂料遇火受热分解出不燃的惰性气体，可冲淡被保护基材受热分解的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧。(3)燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氯、磷的防火涂料受热分解出一些活性自由基团，可与有机游离基化合，中断连锁反应，降低燃烧速度。(4)膨胀型防火涂料遇火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护的基材，阻止基材燃烧。第十章钢结构事故类型及原因的综合分析10.1概述建筑事故的发生往往由多种因素构成，其中，人、物、自然环境和社会条件是最基本的四种因素，尤其人的影响不容忽视。通常构成事故的原因可分为直接和间接两大类。直接原因主要有人的不安全行为和物的不安全状态，例如违规设计、违章操作等间接原因是指事故发生场所以外的社会环境因素，如管理混乱、质检失责等。10.1.1事故链分析工程质量事故、特别是重大事故的发生，原因往往是多方面的。如果我们将各种原因与结果连接起来，就形成一个链条。通常称之为事故链。由于原因与结果之间的逻辑关系不同，则形成的事故链也不同，主要形式如下：(1)多因致果集中型(2)因果连锁型(3)复合型10.1.2事故原点和事故源点概念1．事故原点事故原点是事故发生的初始点，事故原点在质量事故分析中具有关键作用，它是一系列事故原因最终汇集起来形成事故的爆发点，同时它又是事故后果产生的起始点。事故原点的状况往往会反映出事故的直接原因。因此，在事故分析中，寻找和分析事故原点非常重要。找出事故原点后，就可围绕它对现场的各种现象进行分析，把事故发生、发展的顺序逐步揭示出来，最后汇成事故链图，进一步分析事故的直接原因和间接原因2．事故源点绝大多数的工程事故都是多方面原因造成的，每一个事故原因都有其起源事件，这些起源事件称为事故源点。例如单层厂房柱倒塌，原因有：柱无足够的临时固定措施、保证柱稳定的构件未能及时安装与固定、突然出现大风等。在这些原因中各有起源事件，如柱临时固定问题的起源事件可能是施工设计没有明确规定支撑和缆绳的设置要求；配套构件未能及时安装问题的起源事件，可能是构件制作、供应不及时，也可能是安装焊工或焊机不足等10.2钢屋盖事故10.2.1钢屋盖事故类型(1)桁架杆件弯曲。(2)桁架杆件局部弯曲。(3)屋架垂直偏差。(4)桁架节点板弯曲.(5)桁架节点板开裂。(6)屋架支座节点连接损坏。(7)屋架挠度超标准。(8)屋盖支撑屈曲。(9)屋盖倒塌。10.2.2钢屋盖事故原因分析1．制作和安装中的原因(1)构件几何尺寸超过允许偏差，由于矫正不够、焊接变形、运输及安装中受弯使杆件有初弯曲，引起杆件内力变化。(2)屋架或托架节点构造处理不当，形成应力集中；檩条错位或节点偏心。(3)腹杆端部与弦杆距离不符合要求，使节点板工作恶化，出现裂缝。(4)桁架杆件尤其是受压杆件漏放连接垫板，造成杆件过早丧失稳定。(5)桁架拼接节点质量低劣，焊缝不足，安装焊接不符合质量要求。(6)任意改变钢材要求，使用强度低的钢材或减小杆件设计截面。(7)桁架支座固定不正确，与计算简图不符，引起杆件附加应力。(8)违反屋面板安装顺序；屋面板搁置面积不够、漏焊。(9)忽视屋盖支撑系统作用，支撑薄弱，有的支撑弯曲。(10)屋面施工违反设计要求，任意增加面层厚度，使屋盖重量增加10.3空间钢网架结构事故10.3.1概述10.3.2钢网架结构事故类型和表现形式1．事故类型(1)按事故造成的危害和损失程度可分为①恶性事故。②严重事故。③重大事故④小事故。(2)按事故存在的范围可分为①整体事故。②局部事故。(3)按造成事故因素的多少可分为①单一因素事故。②多种因素事故。③复杂因素事故。2．主要表现形式(1)杆件弯曲。(2)杆件断裂。(3)杆件与节点焊缝连接破坏。(4)节点板变形或断裂。(5)焊缝不饱满或有气泡、夹渣，微裂缝超过标准。(6)高强螺栓断裂或从球节点中拔出。(7)杆件在节点相碰，支座腹杆与支承结构相碰。(8)支座节点移位。(9)网架挠度过大，超过了规定的要求。(10)网架结构倒塌。10.3.3钢网架结构事故原因1．设计原因(1)结构型式选择不合理，支撑体系或再分杆体系设计不周，网架尺寸不合理。如当采用正交正放网架时，未沿周边网格上弦或下弦设置封闭的水平支撑，致使网架不能有效传递水平荷载。(2)力学模型、计算简图与实际不符。如网架支座构造属于两向约束时，计算时按三向约束考虑。(3)计算方法的选择、假设条件、电算程序、近似计算法使用的图表有错误，未能发现。(4)杆件截面匹配不合理，忽视杆件初弯曲、初偏心和次应力的影响。(5)荷载低算和漏算，或由于网架工况复杂，荷载组合不当。对自然灾害(如地震、风振、温度变化、积水积雪、火灾、大气或有害气体及物质的腐蚀性等)估计不足或处置不当，或对一些大中型网架结构应该进行的非线性分析，稳定性分析，支座不均匀沉降、不均匀侧移，重型桥式吊车对网架的影响，中、重级悬挂吊车对网架的疲劳验算等，没有进行验算和分析。(6)材料(包括钢材、焊条等)选择不合理。(7)网架结构设计计算后，不经复核就增设杆件或大面积的代换杆件，从而导致超强度设计值杆件的出现。(8)设计图纸错误或不完备。如几何尺寸标注不清或矛盾，对材料、加工工艺要求、施工方法及特殊节点的特殊要求有遗漏或交代不清等。(9)节点型式及构造错误、节点细部考虑不周全。2．制作原因(1)材料验收及管理混乱，不同钢号、规格材料混杂使用，特别是混用了可焊性差的高碳钢，钢管管径与壁厚有较大的负偏差，拼装前杆件有初弯曲而不调直。(2)杆件下料尺寸不准，特别是压杆超长、拉杆超短。(3)不按规范规定对钢管剖口，对接焊缝焊接时不加衬管或不按对接焊缝要求焊接。(4)高强螺栓材料有杂质，热处理时淬火不透，有微裂缝。(5)球体或螺栓的机加工有缺陷，球孔角度偏差过大。(6)螺栓未拧紧，网架在使用期间在接缝处出现缝隙，螺栓受水气侵入而锈蚀。(7)支座底板与底板连接或肋板采用氧气切割而不将其端面刨平，组装时不能紧密顶紧，支座受力时产生应力集中或改变了传力路线。(8)焊缝质量差，焊缝高度不足，未达到设计要求。3．拼装和吊装原因(1)胎具或拼装平台不合规格即进行网架拼装，使单元体产生偏差，最后导致整吟网架的累积误差很大。(2)焊接工艺、焊接顺序错误，产生很大的焊接应力，造成杆件或整个网架变形。(3)杆件或单元或整个网架拼装后有较大的偏差而不修正，强行就位，造成杆件弯曲或产生很大的次应力。(4)对网架施工阶段的吊点反力、杆件内力、挠度等不进行验算，也不采取必要的加固措施。(5)施工方案选择错误，分条分块施工时，不采取正确的临时加固措施，使此局部网架为几何可变体系。(6)网架整体吊装时采用多台起重机或拔杆，各吊点起升或下降时不同步，用滑移法施工时，牵引力和牵引速度不同步，使部分杆件弯曲。(7)支座预埋钢板、锚栓位置偏差较大，造成网架就位困难，为图省事而强迫就位或预埋板与支座底板焊死，从而改变了支承的约束条件。(8)看图有误或粗心，导致杆件位置放错。(9)不经计算校核，随意增加杆件或网架支承点。4．使用原因(1)使用荷载超过设计荷载。如屋面排水不畅，积灰不及时清扫，积雪严重及屋面上随意堆料、堆物等，都会导致网架超载。(2)使用环境的变化(包括温度、湿度、腐蚀性介质的变化)，以及使用用途的改变。(3)基础的不均匀沉降。(4)地震作用。10.3.4钢网架结构事故分析方法1．对网架结构设计及加工、安装文件资料进行全面查阅(1)查阅网架及其相关的下部结构的图纸、计算书、设计修改等资料，注意其支零条件、荷载状况、工况组合及必要的验算是否正确无误。(2)查阅网架结构的零部件的生产检测记录、材料的质量证明和试验报告、零部件产品合格证书及试验报告、焊缝质量及零部件检验资料等，是否符合国家有关标准的要求。(3)查阅网架结构安装施工记录及检测验收文件，包括网架就位后的纵横向边长偏差、支承点中心偏移、高度偏差和挠度记录等。2．对网架结构实际状况进行全面的调查(1)调查网架的实际状况，包括总平面尺寸、网格尺寸、网架高度、支承情况、荷载、抗震设防烈度、地基土类别、使用环境等。(2)检查网架结构零部件及焊缝质量。(3)查看网架的安装质量，其中包括安装偏差的大小。(4)检测网架结构的使用现状，如网架挠度、杆件弯曲等。3．对网架结构进行必要的验算和复核(I)首先对原设计进行复核，即以原设计条件为依据，对原杆件截面进行校算，看是否存在超强度设计值杆件。(2)当原设计有不安全杆件时，按实际的支承状况、荷载和使用状况，用规范允许均强度设计值进行复核，看其是否安全。(3)当原设计已经改变，如有增设的杆件及大量的截面代换、增加较大孔洞等，则应按实际的结构状况进行复核10.3.5钢网架结构质量事故处理方法1．网架杆件承载力不足的处理(1)增设杆件，改变原网架的受力状态(2)减轻屋面重量(3)更换刚度不足或损坏的杆件(4)增大杆件截面2．预埋件与支座误差的处理(1)加过渡钢板(2)加钢板套(3)重新预埋3．支座腹杆与支承结构相碰的处理(1)在支承结构允许的情况下，可将支承结构削去一角，但绝不能损伤柱和梁中的受力钢筋，特别是梁中的钢筋，并将凿毛面用有效材料封闭起来。(2)提高支座支承件的高度，但是必须注意支承件的稳定。支承件长度不宜过长，一般控制在500～600mm。(3)在支座底板上加钢板盒或混凝土墩，这种方法一般用于以上两种方法不能实现时。4．杆件相碰处理应用上述方法时，应查清各杆件的受力状态，遵循以下原则：(1)在应力相近的情况下，宜对压杆进行切除、补焊。因为对压杆而言，由于杆件初弯曲对杆件稳定承载力的影响，杆件中央截面承载力折减较多，杆件由中央截面控制，对铰支的两端不存在上述问题，其承载力相当富裕。(2)当相碰两杆均为拉杆或压杆时，宜对应力较小者杆件进行处理。(3)对应力相近且同为拉杆或压杆，则宜对截面较大者杆件进行处理。因为在切除相同截面下，截面较大杆件被削弱的百分比较小。(4)对应力都比较大的相碰杆件，宜都切除一小部分，然后再补强，这样可减少杆件截面被削弱的百分比。5．焊缝缺陷处理10.4轻钢结构事故10.4.1概述10.4.2轻钢结构事故类型在轻钢结构中冷弯薄壁型钢是最主要的承重构件，它主要用作墙面梁及屋面檩条。与门式钢架配套的维护结构通常为彩钢复合板，根据工程事故调查，目前常见的破坏形式如下：(1)门式刚架承重结构的失稳破坏；(2)檩条、墙梁的屈曲；(3)轻型屋面板被风载掀起；(4)屋面板锈蚀，严重时使板产生孔洞，甚至断裂：(5)屋面漏雨，影响正常使用。10.4.3轻钢结构事故原因(1)冷弯薄壁型钢的翼缘宽厚比太大或卷边尺寸太小，以致于对翼缘没有起到加强作用，而使受压翼缘刚度不足，引起翼缘局部屈曲。(2)设计人员通常在设计中未考虑扭转应力，荷载作用在檩条等构件翼缘时，常常不通过截面的剪切中心，使构件产生扭转。(3)屋面板未能有限地阻止檩条侧向和扭转变形，而设计中又未考虑到这一因素，或没有为檩条提供足够的跨间拉条和支座处抵抗转动的约束，以致檩条产生扭转、侧向弯曲或弯扭屈曲。(4)结构所处环境条件差、涂层质量差或维护管理不及时，使钢材锈蚀。(5)轻钢屋面彩钢板与檩条通常采用的自攻螺丝、拉铆钉连接，在风吸力长期作用下易造成扩孔，最终导致漏水。10.4.4屋面压型钢板的腐蚀处理压型钢板厚度很薄，易于锈蚀，而且一旦开始锈蚀，发展很快，如不及时处理，轻者压型钢板穿孔，屋面漏水，影响房屋的使用，重者屋面板塌落。压型钢板的腐蚀事故处理大致有以下三种：(1)厚涂型涂料法(2)更换法(3)重叠铺板法10.5钢柱的事故民用建筑中使用钢柱甚少(仅在高层和超高层建筑中采用)，柱子损坏事故多出在工业厂房中，又以使用期事故为多；柱子本身损坏不多，主要是梁与柱连接处损坏多见。此外，钢柱与基础连接的地脚螺栓损坏事故也时有发生。10.5.1钢柱损坏事故类型(1)柱肢变形(弯曲、扭曲)；(2)柱肢体有切口裂缝损坏；(3)格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形；(4)柱头、吊车梁支承牛腿处焊缝开裂；(5)柱子垂直偏斜，带来维护构件和邻接连接节点损坏及吊车轨道偏位；(6)柱子标高降低，使屋架下沉，影响正常生产；(7)柱脚及某些连接节点腐蚀损伤。10.5.2钢柱损坏事故原因(1)柱子与吊车梁连接节点构造同设计简图不符，铰接连成刚接、刚接连成铰接，使柱子和节点上产生附加应力；(2)柱头和柱子有安装偏差，导致柱内应力显著增加，构件弯曲(往往在吊车梁以上部分弯曲)；(3)柱子常受运输货物、吊车吊臂或吊斗碰撞，导致柱肢弯曲、支撑节点连接损坏；(4)高温作用，尤其是冶金工厂热金属和热渣接触柱子，使柱肢弯曲，支撑节点连接损坏开裂；(5)没有考虑荷载循环的疲劳破坏作用，使牛腿处焊缝开裂；(6)地基基础下沉，带来柱子倾斜，柱标高降低；(7)周期性潮湿和腐蚀介质作用，导致钢柱局部腐蚀，减小了柱截面：(8)节点构造不合理。10.5.3柱脚螺栓安装质量事故处理1．地脚螺栓与钢柱底板预留孔不对中产生这类事故的原因是施工中预埋螺栓位置或钢柱位置超出允许偏差。处理时可采用如下方法：(1)当两者偏差较小时，可经设计人员许可，沿偏差方向将柱底板孑L扩大为椭圆孔，然后换用加大的厚板垫圈进行焊接固定。(2)如果两者相对位移较大，可在地脚螺栓周围用钢凿将混凝土凿到适宜深度，用气割将螺栓割断，然后搭接上一段用相同材质的材料按规定长度和直径加工成的螺栓，并采取补强措施，来调整达到规定的位置。或直接将螺栓割除，把根部螺栓焊于预埋钢板上，附上一块与预埋钢板等厚的钢板，与预埋钢板采取铆钉塞焊和周边角焊缝焊接，然后根据设计要求焊上新螺栓。10.6.1吊车梁系统事故类型国内外对工厂使用中的吊车梁系统进行了大量调查，调查资料表明，吊车梁系统大部分破坏发生在下列部位：1．实腹式吊车梁2．桁架式吊车梁3．制动梁(制动桁架)制动结构实际工作状态极复杂，与计算简图不符，故损坏严重。损坏部位如下：(1)制动梁板与吊车梁连接焊缝开裂；(2)制动梁上板开裂；(3)制动桁架节点板开裂、断裂，节点板开裂；(4)垂直支撑斜杆裂缝、断裂；(5)制动桁架杆件扭曲或裂缝；(6)辅助桁架腹杆开裂、断裂。4．吊车梁系统与柱连接处(1)制动系统与柱连接焊缝开裂或螺栓松动；(2)吊车梁与柱水平连接板焊缝开裂或螺栓松动；(3)吊车梁与柱垂直连接焊缝开裂或螺栓松动；(4)垂直连接板(隔板)开裂；(5)吊车梁与吊车梁、吊车梁与柱连接螺栓松动。5．吊车轨道及车挡(1)轨道顶面和侧面磨损；(2)轨道接头处损坏；(3)轨道腹板处有裂缝，通常在接头和孔附近；(4)采用弯钩螺栓连接轨道的吊车梁最易损坏，弯钩螺栓自行伸直拉出，使轨道位移；(5)采用双螺栓压板连接轨道的吊车梁基本可靠，少数车间会连接松动、轨道横向位移；(6)车挡固定连接松动。第十一章钢结构的可靠性鉴定11．1概述结构的可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。所谓规定时间，是指设计所假定的结构使用时间，即设计基准期。按《建筑结构设计统一标准》，建筑结构设计的基准期一般为50年。所谓规定条件，是指正常设计、正常施工、正常使用等条件。所谓预定功能，是指结构的安全性、适用性、耐久性。安全性是指建筑结构在规定的条件下应能承受可能出现的各种作用，以及遇到偶然事件应能保持必要的整体稳定性。这里所指的作用包括荷载及外加变形或外加约束作用。适用性是指建筑结构在正常使用时，应能满足正常的使用要求，如不能有过大的变形或裂缝等。耐久性是指建筑结构在正常使用下和正常维护下材料性能随时间推移而变化，但仍应满足预定功能的要求。如在基准期内，结构材料的锈蚀或其他腐蚀均不应超过规定的限值。结构的可靠性是结构的安全性、适用性、耐久性的总称。建筑结构在规定的正常使用条件下，在规定的基准使用期内，如果其安全性、适用性和耐久性均能得到满足，就意味着这个结构是可靠的。我国规定设计基准期为50年，是指在50年内能保持要求的可靠概率，而为计算这个可靠概率所依据的各随机变量的统计参数，也是以这个基准期来统计的时间范围。超过50年则可靠概率会降低，但不等于马上报废。所以设计基准期50年不是建筑物的报废期限，也不是建筑物的寿命。建筑结构物的检测和可靠性鉴定的目的，是通过科学分析并利用检测手段，按结构设计规范和相应标准要求，评估其继续使用的寿命。结构可靠性鉴定的基本方法主要有经验法、实用鉴定法和可靠度鉴定法。11．2鉴定的目的、内容及步骤11．2．1鉴定的目的(1)检测结构的质量，说明结构的可靠性；(2)判断旧结构的实际承载能力，为改建扩建工程提供依据；(3)找出事故的原因，作为今后的教训和借鉴；(4)处理工程事故，提供技术依据。11．2．2鉴定的内容及步骤1．初步调查初步调查应包含以下内容：(1)原设计图和竣工图、工程地质报告、历次加固和改造设计图、事故处理报告、竣工验收文件和检查观测记录等；(2)原始施工情况；(3)建筑物的使用情况；(4)根据已有资料与实物进行初步核对、检查和分析；(5)填写初步调查表，表格格式应符合有关规范要求；(6)制定详细调查计划。确定必要的实测、试验和分析等的工作大纲。11．3结构检测的手段及方法11．3．1钢结